振动式片针组合表面粗糙度触觉再现研究

振动式片针组合触觉显示器是在切向和法向上分别对片阵和针阵施加非耦合的压电和电磁激振驱动,使振子振动的方位、振幅、频率都可以组合和控制,从而实现多种表面纹理触摸感的再现。笔者利用该触觉显示器开展了表面粗糙度的再现研究,引入不同阶灰度色彩的原理,横向振动采用片阵激发光滑触感,纵向振动采用针阵激发粗糙触感,并交织在一起同时刺激指尖皮肤,产生某种特定粗糙度触感。机械量测试和人心理实验结果都证实了这种片阵针阵组合振动激发对于不同粗糙度纹理再现是有效的。     

不同转速下弹性环滚动载流摩擦性能和损伤分析

采用内滚道、外滚道和弹性环组成滚动载流摩擦副，通过载流摩擦试验研究了其在不同转速下的载流摩擦学性能和材料损伤。结果表明：随着转速从240 r/min增加到600 r/min,摩擦副稳态运行期间的摩擦力升高，接触电阻下降；摩擦前期材料损伤形式主要以接触表面金属塑性变形为主，摩擦平稳期以材料剥落为主；在相同的初始接触条件下，高转速促进表面疲劳和材料磨损，试验后弹性环磨痕宽度明显变宽，磨损量逐渐增大，表面氧化程度下降，O和Cu原子个数比降低；磨痕宽度增幅相近的条件下，同等转速下的摩擦力增幅小于变速条件下的摩擦力增幅；转速增加引起的摩擦力增大与高转速下弹性环滑滚增加也有关系。     

仿生电动假手的研究

设计一种带有触觉和滑觉传感器的肌电控制电动假手。触滑觉组合传感器采用PVDF作为敏感材料．柔顺的传感器表面和小巧的尺寸使之能完全应用于仿生假手的手指上。以AR模型特征分析方法与神经网络相结合的方法完成肌电信号的运动模式识别，并在电动假手的控制上，采用肌电信号与触滑感觉信号作为双重控制信号源，取得了良好的电动假手仿生控制效果。     

基于CWT二次图像的缸套-活塞环摩擦振动分析研究

为通过摩擦振动分析缸套-活塞环的磨损状态,提出利用连续小波变换(CWT)时频谱和图像处理技术相结合提取摩擦振动信号特征的新方法。首先运用CWT变换获取摩擦振动信号的时频谱二次图像,然后运用图像分割技术提取摩擦振动特征体,根据特征体定义特征参数V、Gmean、HV、Mtf、N和e,探讨特征参数与磨损状态的内在联系。结果表明,特征参数V、Gmean、HV和N刻画了磨损行为的复杂和剧烈程度,特征参数Mtf和e反映了磨损表面状态。利用CWT二次图像和图像分割技术可对缸套-活塞环摩擦振动进行定量表征。     

弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响

为了研究弹性材料表面微织构对摩擦副空化现象和润滑特性的影响,建立考虑空化效应的二维弹性织构计算模型,采用流固耦合方法计算润滑流场与材料变形之间的相互作用。对比刚性材料表面微织构,从弹性模量、滑动速度、微织构深度以及织构间距等方面分析弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响,通过实验验证模拟结果的准确性。结果表明：弹性织构摩擦副比刚性织构摩擦副摩擦因数更小,润滑性能更好;存在最优织构深度,使得弹性织构摩擦副的摩擦力最小且承载力最大;适当增大滑动速度以及织构间距可以提高弹性摩擦副的润滑性能;随着弹性模量的降低,弹性变形和油膜厚度增加,空化现象更为显著,摩擦副的润滑性能得到提升。     

横向振动状态下水润滑轴承摩擦动力学特性

低速重载等极端工况下摩擦诱导异常振动会极大地影响舰船推进轴系中水润滑轴承的稳定运转。针对水润滑轴承开展考虑横向振动的摩擦动力学性能研究，建立受横向振动效应影响的水润滑轴承混合润滑和流体动压润滑模型，分析2种状态下轴承的振动特性；通过将轴颈平衡位置下的坐标代入轴承横向振动模型中，得到轴颈的扰动量，研究不同激励幅值对轴承摩擦力的影响规律，探明弹性变形条件下水润滑轴承的摩擦诱导振动机制。结果表明：当轴承出现接触，横向振动对轴承的摩擦力影响较显著，将导致轴承摩擦力呈现非线性变化。研究结果为评估横向振动对摩擦力的影响程度、揭示轴承摩擦振动机制提供支撑。     

沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声机理

在列车制动盘蠕墨铸铁材料表面上制备出平行间隔分布的沟槽表面织构,将其和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,并利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对试验进行数值模拟分析,研究沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声的机理。结果表明,本试验条件下的光滑表面会产生较高强度的噪声而沟槽表面几乎不产生噪声,利用有限元软件ABAQUS/Explicit可以很好地模拟试验现象并揭示沟槽表面织构影响界面摩擦振动噪声的机理,即沟槽织构表面在对磨球滑过并碰击沟槽时引起的摩擦力波动能有效的打断摩擦界面的连续接触,作为不连续激励扰乱系统的自激振动,抑制界面摩擦力和振动加速度高频成分的形成并最终降低摩擦噪声。     

PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究

为研究聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副磨合初期摩擦信号分形维数与聚醚醚酮初始表面形貌分形维数的相关性,在UMT-3MT摩擦磨损试验机上对聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副进行了摩擦磨损试验,运用结构函数测度法对初始表面形貌、摩擦力信号、摩擦因数信号进行了分形表征,计算得到了不同载荷下的分形维数。研究结果表明,聚醚醚酮初始表面和摩擦信号均具有显著的分形特征;在相同速度、相同初始表面下,摩擦信号的分形维数随着载荷的增大而增大;在相同速度、不同载荷下,磨合初期摩擦信号的分形维数均与初始表面分形维数负相关。     

基于振动加速度信息的触觉纹理分类方法研究

当手持刚性工具在材料表面滑动时,用户可以通过工具的振动来感受材料表面的纹理特征。这些振动加速度数据包含了丰富的纹理类别信息,为纹理的分类提供了基础。利用触觉进行纹理分类对于力触觉人机交互、机器人精细化操作等应用具有重要的意义。目前,手工设计与纹理相关的特征以及借助卷积神经网络进行简单的特征提取等方法已经被应用于触觉纹理分类。然而,这些方法未能关注时间尺度的选择和触觉序列数据间的时间依赖性,还存在触觉数据特征提取不充分和分类精度不佳等问题。为了解决上述问题,本文提出一种由多尺度卷积网络和双向长短时记忆网络相结合的融合模型,以便同时捕获触觉信号多尺度的几何局部空间特征和时间依赖特征。所提出的模型从公开的触觉数据集中学习材料表面纹理的触觉特征,并在公开的纹理振动加速度数据库上进行训练。实验结果表明,本文提出的模型可以稳健且高效地实现最高92.1%的纹理分类精度。     

颗粒介质双筒剪切单元摩擦阻力的研究

为了研究颗粒流在摩擦副间隙中的运动和润滑特性,构建了一个双筒剪切装置来模拟无限剪切运动,并观察颗粒受剪切时所表现的特有现象。实验通过改变双筒的表面结构、转速、颗粒尺度和数量等因素来研究颗粒流的运动特性和对摩擦副的影响。结果表明：摩擦副表面越粗糙、颗粒数量越多、颗粒尺度越小,摩擦力越大;在剪切实验中,颗粒流表现出剪切膨胀现象,进而造成振动,其成因与颗粒架拱及强力链有关。     

表面结构刚度对摩擦力影响 的有限元分析

通过结构设计获取新型功能材料引起越来越多的关注,是固体力学的热点之一。建立了滑块在具有连续梁式表面结构的弹性接触面上滑动的有限元模型,通过数值模拟研究了表面结构刚度对摩擦力的影响。参数分析表明,滑块在连续梁式表面结构上滑动时,其所受到的切向阻力和正压力之间的关系与结构弹性模量相关;等效摩擦力和正压力的关系仅在结构刚度很低或接近刚性时满足Amontons干摩擦定律;优化结构刚度,可降低摩擦阻力,并使其低于干摩擦定律理论值。研究结果为开发低摩阻超材料提供了新思路,对工程中的摩擦减阻设计具有指导意义。     

碳钢研磨过程的声发射特性研究

基于Rtec-MFT3000型多功能摩擦磨损试验机,设计碳钢研磨过程的声发射信号在线检测装置。设置不同的研磨工况,探究碳钢研磨过程中声发射信号特征参数的变化规律,采用线性回归分析建立碳钢去除量和声发射信号振幅均值的数学模型。结果表明:在其他工况不变的情况下,随着研磨压力和旋转速度的增加,声发射信号振铃计数均值和能量均值随之增加,其中旋转速度对声发射信号参数影响更加显著;根据声发射信号振幅值可以实现碳钢去除量的在线检测,在一定的研磨工况范围下,建立的模型可对材料的去除量进行预测。     

含摩擦的汇流传动齿轮非线性动力学分析

针对齿轮系统运行过程中具有非线性动力学特性，为研究齿面摩擦因数对系统动力学的影响，建立了一种考虑齿侧间隙，齿面摩擦力和时变啮合刚度等因素的三齿轮扭转振动模型。分析了布局参数对齿面摩擦力和时变啮合刚度的影响，研究了不同摩擦因数对系统动态响应的影响以及有无摩擦因数对系统混沌运动的影响，通过幅频曲线研究了系统的跳跃滞后现象和齿轮碰撞运动并分析了摩擦因数对它们的影响。结果表明，随着摩擦因数的变化，系统表现出同周期运动并存、不同周期并存和混沌等动力学现象，摩擦能导致混沌运动和跳跃现象提前并加大齿轮之间的碰撞运动。该结果可为汇流传动齿轮系统的非线性动态设计提供准确合理的理论参考。     

制动盘非光滑仿生表面对制动摩擦尖叫行为影响的研究

加工出3种非光滑仿生表面制动盘,即表面沟槽盘、表面圆坑盘和表面沟槽圆坑盘,利用有限元软件ABAQUS对3种非光滑仿生表面制动盘进行制动摩擦尖叫行为有限元分析,并与光滑制动盘进行对比。结果表明,制动器的振动模态主要表现为制动盘的面内和面外振动,并伴随有制动夹钳以及摩擦片的弯曲扭转运动。利用复特征值法计算系统尖叫倾向性系数后发现,制动盘表面经过非光滑仿生处理后,制动器的摩擦尖叫倾向性发生了明显改变,表面沟槽圆坑盘抑制尖叫的效果最佳,而表面沟槽盘在三者之中抑制尖叫的效果最弱。进一步采用瞬时动态分析对结果进行验证,结果表明:制动盘表面经过非光滑仿生处理后,系统振动加速度信号、弹性位移信号以及界面力信号的强度均有所降低,且表面沟槽圆坑盘在降低系统振动强度方面效果最为显著,系统稳定性得到明显提高;但是,由于沟槽和圆坑的棱边可能会形成应力集中区,因此可以采用抛光、打磨等方式对棱边进行一定处理,以提高表面使用寿命。     

乏油环境下氧化铝填充氟橡胶的高温摩擦性能研究

为了探究高温乏油环境下氟橡胶（FKM）摩擦性能的变化规律并改善其摩擦性能，在FKM中加入氧化铝（Al₂O₃）,通过机械共混法制备得到FKM/Al₂O₃复合材料，在常温和200℃高温乏油环境下对比分析FKM/Al₂O₃复合材料与FKM材料在不同载荷下的摩擦学性能。结果表明：高载荷和高温使得FKM的摩擦因数、粗糙度和磨痕深度增大，因而乏油环境下FKM的摩擦性能大幅下降；Al₂O₃粒子的加入提高了FKM在常温和高温下的基体硬度，使得FKM/Al₂O₃复合材料在相同条件下相比FKM的摩擦因数、粗糙度和磨痕深度均有减小；Al₂O₃作为补强材料提高了FKM基体在高温乏油环境下的摩擦性能，复合材料表面分层剥离现象明显减少。复合材料表面元素分析结果表明，Al₂O₃粒子在FKM表面形成了固体润滑膜，改...     

往复压缩机环状气阀振动信号的LMD故障特征 提取方法研究

以往复压缩机环状气阀为研究对象,通过加速度振动传感器测试了其正常运行状态下的振动信号,通过对其进行局部均值分解(LMD),得出了信号所对应的多个乘积函数(PF)分量,并提取这些PF分量的3大特征参数因子,包括偏度系数(g_i)、峭度系数(q_i)和总能量比(E_(i )/E)。然后对气阀进行不同种类的破坏,包括锯断阀片、去除气阀内部分弹簧和对阀片打孔,并对破坏后的气阀运行振动信号进行相同的分析得出相应的参数因子,与气阀正常运行时对应参数因子进行比较。结果显示,在阀片锯断和气阀去弹簧2种状态下,气阀振动信号得出的相应特征参数因子都会出现反映气阀故障的异常值,但在气阀阀片打孔的状态下则不明显。以上说明LMD方法虽然具有一定的局限性,但是能够准确、有效地对往复压缩机气阀振动信号进行判断,从而实现对气阀的工作状态和故障类型进行分类,是研究气阀故障诊断的实用方法。     

国外摩擦磨损润滑文献索引

弹性流体动力润滑 ①“真实粗糙表面的弹性无摩擦接触的一个数字·棋型”,Webster,M.N.等,《J.of Tribology,,1986,Vol.108,No.3,314~320 ②a润滑油薄膜在滚珠碰击下的压力分布”,Safa,M.M.A.等,《同上》,372一376 ③“在赫兹接触中内应力及其对材料应力的影响—采用不同应力假设的计算”,Broszeit,E·等,《同上》,887~393 ④“在有润滑的接触中微峰下的弹性应力”, Ioannides,E.等,《同上》,394~402 ③“在一个精确的摩擦传动中摩擦力的分析),,Kannel,J.W.等,《同上》,403~410 ⑥“重载有润滑的弹性流体动力接触中计算膜厚及压力的…     

考虑齿间滑动影响的高速列车传动齿轮动态接触特性分析

为研究高速列车传动齿轮在啮合过程中因接触表面各啮合点处滑差不一致对动态接触特性的影响.以CRH3型动车组转向架传动齿轮为研究对象,基于齿轮接触相关理论及轮齿摩擦关系,引入考虑轮齿表面滑差、动力黏度及载荷等因素下的EHL时变摩擦模型,利用ABAQUS/Standard提供的隐式直接积分法对低速重载工况下的传动齿轮进行动态分析.通过对比无摩擦、常摩擦因数及变摩擦下的仿真结果分析齿轮间滑差及摩擦因数大小对齿轮副动态接触特性的影响.结果表明,表面啮合节点摩擦因数不一致对齿轮接触合力、接触斑面积、Mises、接触应力最大值及其分布影响很小;在啮合过程中,考虑滑差影响的齿面摩擦力波动更平缓,均值较常摩擦增加了 40％;摩擦剪应力分布比采用常摩擦得到的结果更贴合实际.而常摩擦因数数值的增加对应力分布影响不大,但会使得接触面应力值相应增加,加剧系统的周期性振动.     

摩擦副磨合过程摩擦因数时间序列分形行为研究

为探究在油润滑条件下,涡旋压缩机端面摩擦副接触面在磨合初期与稳定磨损阶段摩擦因数局部时间序列曲线的分形行为,在TRB多功能摩擦磨损试验机上采用球墨铸铁分别与不同表面粗糙度的铜合金和铝合金进行摩擦磨损试验,采集磨合过程中摩擦因数的时间序列信号曲线并对其进行分形表征。结果显示:摩擦因数时间序列曲线具有明显的分形特征,可以根据摩擦过程中摩擦因数时间序列信号的分形维数来判断磨合过程的复杂程度;摩擦副在油润滑时表面粗糙度越大则磨合过程的平均摩擦因数越大,但摩擦因数曲线的分形维数越小,且磨合初期摩擦因数局部时间序列曲线的分形维数不规则波动越大;软质材料表面粗糙度的改变对摩擦因数及其局部分形维数的影响较大。     

泥沙条件下改性复合材料减振降噪性能研究

为了改善水润滑轴承材料热塑性聚氨酯（TPU）的减振降噪性能,以TPU为基体、聚四氟乙烯（PTFE）为添加剂,通过物理共混的方式制备PTFE/TPU改性复合材料。在RTEC摩擦磨损实验机上模拟泥沙工况,对复合材料进行不同速度和载荷下的摩擦学试验,通过分析复合材料的力学性能、摩擦因数、表面形貌以及振动噪声行为,探讨其摩擦磨损规律与减振降噪性能。结果表明：复合材料的拉伸强度和邵氏硬度均随着PTFE含量的增加而先增加后降低,质量分数8%PTFE改性TPU复合材料表现出最好的力学性能;随着速度与载荷的增大,复合材料的摩擦因数逐渐增大,材料表面损伤、变形、剥落等严重损伤逐渐增多;与纯TPU相比,改性复合材料的摩擦磨损剧烈程度更低,摩擦因数的变化幅度较小且摩擦因数曲线相对光滑,材料微观表面的损伤更少;随着速度与载荷的增大,复合材料的振动响应与辐射噪声现象增大,振动与噪声信号的平均强度增大,频域上的频率分量增多,幅值分量增大,主频向高频转移;PTFE能够改善TPU的摩擦学性能,降低摩擦因数,同时赋予复合材料一定的减振降噪性能,并且效果在高速、高载荷下更为明显。